平成２５年度
京都大学大学院理学研究科

Ｄ３発表会アブストラクト（平成２６年１月２１日）

物

理

学

第

二

分

野

Ｄ３ 発 表 会
日 時
場 所
発表時間

２０１４年１月２１日（火）９時～
理学研究科５号館 ５２５号室
１５分 ＋ ５分（質問）

《 目

次 》

１．Modeling the secular evolution of an inspiral orbit
around a Kerr black hole
磯山

総一郎（９：００）・・・１２．π中間子ビームを用いた K 中間子原子核の研究市川裕大（９：２０）・・・２

３．Formation of supermassive black holes in the high-redshift universe
稲吉

恒平（９：４０）・・・３

４. J-PARC での中性子電気双極子能率の検出を目指した
超冷中性子リバンチ装置の改良
今城想平（１０：００）・・・４

上田宏史（１０：２０）・・・５

５．コンパクト天体現象における QCD 相転移

６．超新星残骸における過電離プラズマの研究
大西隆雄（１０：４０）・・・６

７．Discrete flavor symmetry for lepton mixing and quark mixing
小笠原 敦（１１：００）・・・７

８. Integrable deformations of principal chiral models
and the AdS/CFT correspondence
川口維男（１１：２０）・・・８

９．T2K 実験におけるニュートリノ反応断面積の測定
木河 達也（１１：４０）・・・９--------------------------------午

後 ----------------------------

１０．F-theory compactified on K3xK3 and its application to landscape
木村 裕介（１３：００）・・・１０

１１．カイラル対称性の部分的回復と核物質中のπ中間子の性質
郷田

創一郎（１３：２０）・・・１１

１２. 軽い中性子過剰核におけるダイニュートロン相関の系統的研究
小林 史治（１３：４０）・・・１２
１３．低雑音撮像能力をもつ気球搭載型サブ MeV ガンマ線カメラの天体検出性能の検証
澤野

１４．Non-minimal coupling in the context of

達哉（１４：００）・・・１３

multi-field inflation

Jonathan White（１４：２０）・・・１４
１５．Quantum Tunneling During Inflation:
Non-linear Analysis of the Quantum Fluctuations
杉村和幸（１４：４０）・・・１５

１６．Measurement of the energy dependent muon neutrino
charged current inclusive cross section with the T2K INGRID detector鈴木

研人（１５：００）・・・１６

１７．T2K 前置検出器部分における小型水チェレンコフ検出器“Mizuche”を使ったニュートリノ反応数測定
髙橋将太（１５：２０）・・・１７

１８. X-ray study on plasma outflows from the Galactic center中島真也（１５：４０）・・・１８

１９．Direction-sensitive dark matter searchwith a gaseous micro time projection chamber
中村輝石（１６：００）・・・１９

２０．SuperKamiokande における T2K ニュートリノビームの NC Gamma 事象探索黄 坤賢（１６：２０）・・・２０２１．連星中性子星合体からの電磁波の研究
仏坂健太（１６：４０）・・・２１

２２．フェムト秒レーザーと金属表面の相互作用におけるレーザーナノアブレーションに関する研究
宮坂泰弘（１７：００）・・・２２

２３．A Self-consistent Model of the Black Hole Evaporation
横倉祐貴（１７：２０）・・・２３

２４．Weyl-Cartan 重力 gauge 理論に基づく inflation 宇宙渡辺晶明（１７：４０）・・・２４

Modeling the secular evolution of an inspiral orbit
around a Kerr black hole
基礎物理学研究所

磯山 総一郎Abstract We propose a Hamilton mechanics of the inspiral motion of a particle around a more massive
Kerr black hole. With the two-timescale analysis and the action-angle variables, we find that the secularchanges of both the action-angle variables are characterized by the long time averaged value of theinteraction Hamiltonian.
© 2014 Department of Physics, Kyoto University

Inspirals of compact objects into massive Kerr black holes are important sources for future
gravitational wave detectors. The detection of gravitational waves from this system relies on
the accurate theoretical models of their inspiral motion. Because of the extreme mass ratio in
the binary systems, the motion of inspirals are modeled as the small deviation from the Kerr
geodesic subjected to the self-force acting on the small body, which is still very hard to evaluate
in practice.
In this talk, we revisit the inspiral motion around a Kerr black hole and describe this systemin the language of a Hamilton system. In this framework, instead of directly integrating theequation of the motion with gravitational self-forces, the orbit of the particle can be describedby the Hamilton's equations of the geodesic motion on an effective spacetime.
We systematically extract the solution of Hamilton's equations that is relevant to the orbital
evolution for a long time period. Relying on the action-angle variables and using the two timescale
ansatz, we see that the secular changes of both action and angle variables are characterized
by only differentials of a single scalar quantity: the long time averaged value of the interaction
Hamiltonian. In addition, at the leading order in the mass ratio of the binary, we show thatthese secular changes are expressed in the gauge invariant manner.
References[1] W. Schmidt Class. Quant. Grav. 19, 2743 (2002).
[2] T. Hinderer and E. Flanagan Phys. Rev D78, 064028 (2008).

π中間子ビームを用いた K 中間子原子核の研究
原子核・ハドロン物理学研究室

市川裕大

Abstract We are searching for a K－pp bound state which is the simplest kaonic nuclei, if existed, via thed(π+, K+) reaction at J-PARC K1.8 beam line. A pilot experiment was carried out in June, 2012. An
overview of this experiment and current analysis status will be presented.
© 2014 Department of Physics, Kyoto University

K 中間子原子核とは反 K 中間子と原子核が強い相互作用により束縛された系であり、2002 年に赤石・山崎による少数系の K 中間子原子核に対する理論予想[1]が発表されて以来、近年活発に研究が行われている。K 中間子原子核の最も単純な系と考えられている K－中間子と二つの陽子の束縛状態である K－pp
においては、多くの理論予想で存在が示唆されているものの、束縛エネルギーや崩壊幅の予想値は反 K
中間子-核子の相互作用のモデルや計算手法により値が大きく異なる。また、静止 K－ 反応を用いた
FINUDA 実験[2]や pp 反応を用いた DISTO 実験[3]で K－pp 起因と解釈可能な信号が検出されているが、束縛エネルギーや崩壊幅は必ずしも一致している訳ではなく、K－pp を仮定しない解釈も提案されている。そのため、K－pp に関しては過去の実験とは異なる反応を用いた系統的な研究が必要である。
我々は J-PARC K1.8 ビームラインにおいて d(π+, K+)反応による K－pp の探索を行っており、2012 年 6月に約一か月間パイロット実験のデータ収集を行った。π+ビームの運動量は 1.7 GeV/c である。本実験
では入射 π+の運動量をビームラインスペクトロメータで、散乱 K+の運動量を SKS スペクトロメータで測定し、質量欠損法を用いて生成粒子の質量を測定する。しかし、K+中間子は K－pp の生成以外の準自由過程の Λ、Σ、Λ(1405)、Σ(1385)などのハイペロン生成からも放出される。そのため、K－pp の崩壊から生成されるが、準自由過程のバックグラウンドからは生成され得ない運動学領域の陽子を、標的側方に設置した飛程検出器で K+中間子と同時に検出することで準自由過程のバックグラウンドを抑制する。
図 1 に包括的な解析による生成粒子の質量分布の測定データとシミュレーションの比較を示す。このように、Λ、Σ の領域(< 2.2 GeV/c2)では測定データとシミュレーションが概ね一致していることがわかる。一方、Λ(1405)、Σ(1385)+/0 の生成領域(2.3~2.5 GeV/c2)では測定データがシミュレーションに対して質量が低い側に約 40 MeV/c2 シフトしていることを見出した。また、2.13 GeV/c2 のあたりには ΣN-ΛN
転換反応の閾値における cusp 構造と考えられる過剰事象を検出した。この cusp 構造は過去の実験で測定されているが、包括的な測定で検出されたのは本データが初めてである。
また、準自由過程のハイペロン生成反応からは生成され得ない生成角度が大きい(θLab>60°)陽子を飛程検出器で同時測定した排他的な解析では、より顕著に前述の cusp 構
造の信号を確認した。また、包括的な解析の質量分布と排他的な解析の質量分布の比（陽子の同時検出確率）をとると、2.3GeV/c2 付近に有意な幅の広い構造が検出された。上記のように準自由過程のバックグラウンドからは
この運動学領域には陽子が生成され得ないことから、この構造は K－pp のシグナルである
可能性がある。
本発表では、本実験の概要とパイロット実
Fig. 1. The experimental data are shown with the black points
験の解析結果を報告する。
with error bar. The simulated spectrum is shown with red line.
References[1] Y. Akaishi and T. Yamazaki, Phys. Rev. C 65, 044005 (2002).
[2] M. Agnello et al., Phys. Rev. Lett 94, 212303 (2005).
[3] T. Yamazaki et al., Phys. Rev. Lett 104, 132502 (2010).

Formation of supermassive black holes
in the high-redshift universe
天体核研究室稲吉恒平

Abstract As the origin of supermassive black holes observed in the early universe, seed black holes
formed by the direct collapse of supermassive stars have been envisaged. We have investigated formationof the supermassive star in first galaxies, using three-dimensional hydrodynamical simulations.
© 2014 Department of Physics, Kyoto University

宇宙初期(z>7)に観測されている超巨大ブラックホール(~109 Msun)の存在[1]は、ブラックホールの形
成過程に対して強い制限を与えている。特に形成時間を短縮することが不可欠であり、その起源として超大質量星(>105 Msun)の重力崩壊によりできたブラックホールが考えられている。超大質量星を形成するためにはH2分子冷却を抑制することが必要である。H2分子冷却が抑制された始原ガス雲は、代わりにH原子冷却により等温に収縮していき、激しい分裂を回避してそのまま超大質量星を形成すると期待されている[2]。しかし、これまでの研究[3]では、主に超大質量ガス雲の形成段階が調べられており、重力崩壊し原始星が形成される過程の進化は調べられてこなかった。
本研究では、3次元流体シミュレーションを行い、超大質量ガス雲の高密度領域(>1010 cm-3)における重力崩壊、そして最終的に形成される原始星の性質を調べた。重力崩壊していくガスの分裂過程はガスの熱進化に強く依存するため、 本研究では超大質量ガス雲の進化に重要な影響を与える冷却過程と化学反応を全て考慮した。また、最近の銀河形成シミュレーションにより、初代銀河形成時には構造形成に起因するガスの流入により銀河中心部で乱流が発達することが示唆されている。そこで、本研
究では乱流の諸性質が超大質量星形成に与える影響について調べた。結果、初代銀河形成における典型的な場合には、ガス中心部は高温を保ちながら激しい分裂は起こさずに重力崩壊することが分かった(Fig.1)。最終的には中心に原始星を形成し(Fig.2)、その原始星は激しい降着(>1.0 Msun/yr)により成長することが分かった。この原始星はこのまま質量を増加させて超大質量星になり、宇宙初期の超巨大
ブラックホールの種を形成すると期待される。
10

101.0e-2-100-100

1.0e-41.0e-6

10 2

-50

-10

10

-11

10

0

y (AU)

CellMass(Msun)y (pc)

1.0e+0
-50

103

0.5

1.0e+2010Density (g/cm 3 )-94y (AU)

Temperature (K)105protostar
-13
10

-15

-5

-16

10

10
50

-10
-10

100

-17

-5

-0.5

0

10

-9

10

0

-10

10

10AU

0

-0.05
5

-11

10

10

x (AU)-18

10

gas cloud
-1
-1

0.05

-14

10

-8

10

10
0

-12

-0.5 0x (AU)10

0.1

y (pc)-8

1.0e+450-7Density (g/cm 3 )

10

1

0.5

1

-0.1
-0.1

-0.05

x (pc)-16
10-14 10-12 10-10
10-20 10-18 10
Density (g/cm 3 )

10-8

10-6

Fig.1 Density-temperature diagramof a supermassive cloud

Density (g/cm 3 )

-7

100

Fig.2 Density distribution of a supermassive cloud:outer region (left) and central region (right)

Reference[1] Mortlock et al., Nature, 474, 616 (2011)[2] Bromm & Loeb, The Astrophysical Journal, 596, 34 (2003)[3] Shang et al., Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 402, 1249 (2010)0x (pc)

J-PARC での中性子電気双極子能率の検出を目指した
超冷中性子リバンチ装置の改良
ビーム物理学分科

今城想平

Abstract We have developed an apparatus which can rebunch very low energy neutrons by the techniqueof AFP-NMR with RF and gradient magnetic fields for neutron EDM experiments in J-PARC. At present
we are upgrading this apparatus. The demonstration experiments will be performed at J-PARC MLF.
© 2014 Department of Physics, Kyoto University

スピンと電気双極子能率 (EDM) を同時に持つ粒子の発見は時間反転対称性を直接的に破る事例の発見となる。また CPT 定理を仮定すれば時間反転対称性の破れの大きさから CP 対称性の破れの大きさを見積もることができる。これらを背景に中性子や原子、ミュー粒子に対して EDM の探索が行われており、我々 NOP (Neutron Optics and Physics) グループも J-PARC での中性子 EDM の検出実験を計画している[1]。素粒子標準模型の予言する CP 対称性の破れを中性子 EDM の大きさに換算すると 1030
～10-32 e･cm 程度となる。現在の中性子 EDM の上限値 2.9×10-26 e･cm では標準模型の予言値にはいまだ程遠いが、超対称性理論等の新しい物理には 10-27～10-28 e･cm 程度の大きな EDM を予言するものがあり、これらを信じれば上限値をあと 1～2 桁更新することにより有限の EDM を検出できるかもしれない。
中性子 EDM の測定は現在では運動エネルギーが 200～300 neV 程度の超冷中性子 (UCN) を一方向にスピン偏極させたのち十分な外部磁場遮蔽を施した実験容器に貯蔵して行われている。バックグラウ
ンド放射線遮蔽材のために実験容器は通常 UCN 源から数メートル以上離れた場所に設置されるが、UCNは約 7 m/s までの様々な速度を持っている。J-PARC のようなパルス駆動の UCN 源は原子炉によるものと比べて平均強度は劣るものの、瞬間強度は極めて高く従って、瞬間空間密度も極めて高い。現在のEDM の上限値が測定された ILL 原子炉の UCN 源に対して J-PARC では 1 MW 運転下で 30 倍以上の空間密度を達成できる見込みである。しかしこの利点も、速度拡がりがあるため数 m の輸送中に UCNが拡散し、容器への封入密度が低下し、連続源と比べて統計的に不利である。また 10-27 e･cm の EDMの測定では磁場の不均一性を 10-12 T 以下に抑え込まねばならないため実験容器はあまり大きくできない。そこで我々は静磁場勾配中で UCN に 1 mT 程度の静磁場と直交した RF 磁場をかけ AFP-NMR 法[2]によってスピンを反転させることで静磁場の通過前後での UCN の運動エネルギー収支を制御して実験容器位置に時間的に集束させる装置「UCN リバンチャー」を開発し、原理実証を成功させた[3]。
中性子は 1 T の静磁場中でスピンの向きに応じて ±60 neV のポテンシャルエネルギーを持ち、従って 1 T の磁場中でスピン反転を行えば運動エネルギーを 120 neV だけ増減させられる。そして我々の最終目標は 20 neV～124 neV までの 104 neV の幅にわたるエネルギー制御である。しかしこの 1号機で制御できた運動エネルギー幅は 72 neV ～ 118 neV までの約 46 neV であり、我々の最終目標の半分以下である。また 1 kW 電源アンプを用いたがインピーダンスの不整合により装置にパワーが十分入らず RF 磁場出力が 1 mT に達せずスピン反転率も 50 % ほどであった。そこで我々はこれらの問
題点を解決すべく現在 2 号機を開発中である。2 号機は 1 号機の 1.9 倍となる 37 neV ～ 124 neVまでの約 87 neV の運動エネルギー幅を制御でき、3 kW 電源アンプを用いた 2 mT 以上の RF 磁場出力によりスピン反転率は 95 % を達成できる見込みとなっている。
我々は今年 2 月から運転が再開される J-PARC MLF での実験を目指して装置の調整と準備を現在進めている。
References[1] Proposal to J-PARC, http://j-parc.jp/jhf-np/pac_1001/pdf/KEK_J-PARC-PAC2009-11.pdf[2] S. V. Grigoriev, et. al., Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. A 384, 451-456 (1997).
[3] Y. Arimoto, P. Geltenbort et. al., Phys. Rev. A 86, 023843 (2012).

コンパクト天体現象における QCD 相転移

原子核理論研究室 上田 宏史
Abstract We discuss the QCD phase diagram of asymmetric nuclear matter by using Polyakov loop
extended quark meson model. The critical point temperature is found to decrease in asymmetric nuclear
matter. We also discuss the phase structure of matter during the dynamical black hole formation and in theneutron star core.
© 2014 Department of Physics, Kyoto University

量子色力学(QCD) は強い相互作用の基本理論である。
QCD の熱力学的な性質の知識は非常に広い温度・密度領域の現象に関わるため、重イオン衝突などの実験のみでなく、コンパクト天体現象や宇宙初期の状態などを理解するのに必要不可欠である。系の熱力学的な性質の概略はQCD 相図(Fig.1)によって表現できるため、QCD 相図を正確に描くことは非常に重要である。
近年、格子 QCD や有効模型によって QCD 相図の研究がなされている[1]。しかしながら、第一原理計算である格子QCD のモンテカルロ計算は符号問題のため有限密度の計算が困難であり、また有効模型では模型やパラメータの依存 Fig. 1. Phase diagram of asymmetric nuclear matter
性が大きいため、QCD 相図の高密度領域はよくわかっていな
い。実験研究としては、LHC、RHIC 等での重イオン衝突による QCD 相図の探求が行われている。しかし、重イオン衝突では低温・高密度の平衡状態にある物質を生成するのは容易ではない。
これと相補的な QCD 相図探求の場としてコンパクト天体現象がある。コンパクト天体現象では、非常に高密度の物質が生成されるため、QCD 相転移の影響が多く議論されている[2]。また、荷電中性などの条件からクォーク毎の化学ポテンシャルが異なる非対称核物質が生成される。そのためコンパクト天体現象での QCD 相転移の影響等を議論するためには、Fig.1 に示すように非対称度依存性を含めた相図[3]を考慮する必要がある。
本研究では、ベクトル結合を取り入れて拡張したカイラル有効模型である Polyakov loop extended
quark meson 模型を用い、QCD 相図の非対称度依存性、すなわち 1 次相転移線や臨界点が非対称度によってどのように影響を受けるのかを調べる。この相図と、ブラックホール形成過程、中性子星の核に生成される物質の温度・バリオン化学ポテンシャル(μB)・アイソスピン化学ポテンシャル(δμ)を比較することで、これらの現象での相転移を議論する[4]。
本研究により、
対称物質からずれると、Fig.1 のように QCD 臨界点(CP)の温度が下がることがわかった。
また、あるδμ以上で QCD 臨界点が消失し、ゼロ温度でもカイラル相転移が連続相転移となりうることを示唆した。さらにコンパクト天体現象との比較により、ブラックホール形成過程において QCD 臨界点探索の可能性を議論するとともに、中性子星の内部において非対称度依存性のためカイラル相転移が連続相転移となる可能性を示した。
References[1] K. Fukushima, Phys. Lett. B 591 (2004) 277; B. J. Schaefer et.al., Phys.Rev. D 76 (2007) 074023;V. Skokov etal., Phys. Rev. D 82 (2010) 034029; S. Ejiri et al., Prog. Theor. Phys. Suppl. 153 (2004)118.
[2] T. Hatsuda, Modern Phys. Lett. A 02 (1987) 805; I. Sagert, et al., Phys. Rev. Lett. 102 (2009) 081101; K.
Nakazato et.al., Phys. Rev. D 78 (2008) 083014.
[3] T. Sasaki et.al, Phys. Rev.D 82, 116004 (2010); K. Kamikado et.al., Phys. Lett. B 718, 1044 (2013).
[4] H.Ueda, T.Z.Nakano, A.Ohnishi, M.Ruggieri and K.Sumiyoshi, Phys. Rev. D 88, (2013) 074006
A.Ohnishi, H.Ueda, T.Z.Nakano, M.Ruggieri and K.Sumiyoshi, Phys. Lett. B 704, (2011) 284

超新星残骸における過電離プラズマの研究
宇宙線研究室大西隆雄

Abstract We present deep observations of the Galactic supernova remnant IC443 with the Suzaku
satellite. We detected the enhanced radiative recombination continua of Fe and Ca ions. We show theresults of spectral fitting and discuss the origin of the recombining plasma.
© 2014 Department of Physics, Kyoto University

References[1] Takao Ohnishi, etal., PASJ, 63, 527-533,(2011)[2] Takao Ohnishi, etal., submitted to ApJCounts s-1 keV-1

0

χ

χ

Counts s-1 keV-1

超新星残骸 (SNR) における高温プラズマは、衝撃波加熱により加速された電子がイオンを電離していく緩和過程として理解されてきた。電子温度 (kTe) と電離状態を反映する電離温度 (kTz) を用いると、
kTe > kTz である (電離優勢プラズマ)。また、衝撃波加熱後、1012/ne s のタイムスケールで電離過程と再結合過程が釣り合った電離平衡状態に達する (電離平衡プラズマ)。ここで、ne は電子密度 (cm-3)である。従って、SNR におけるプラズマは電離優勢プラズマ、または電離平衡プラズマとして実現されることになる。従来の観測結果はこの描像を支持していた。
しかし最近になって、我々はエネルギー分解能に優れた X 線衛星すざくを用いることにより、再結合過程が優勢なプラズマ (kTe < kTz; 過電離プラズマ) を発見した [1]。このようなプラズマでは、高階電離したイオンがプラズマ中の自由電子を捕獲した際に放射される放射性再結合連続線 (RRC) の寄与が大きくなる。RRC を制動放射から切り分けることが、過電離プラズマであることを検証するのに重要である。これまでに検出されている Mg、Si、S の RRC は～4 keV 以下で見られる。このエネルギー帯
域では、重元素からの輝線が RRC と重なっており、RRC の構造は電離平衡プラズマや電離優勢プラズマのモデルフィットの残差として現れるだけである。一方、4—10 keV のエネルギー帯域では、Fe や Ca のRRC が輝線と重なり合うことなく分離することが可能であるが、統計不足のため W49B における Fe の RRCを除いて検出されていなかった。そのため、我々は最も典型的な再結合優勢プラズマである IC443 の 400
ks におよぶ長時間観測を行った。先行研究では Mg、Si、S の RRC を検出したが、統計不足のため Fe からの RRC が顕著になるエネルギー帯域でのスペクトル構造が明らかになっていなかった。
長時間観測の結果、4 keV 以上における高統計スペクトルを明らかにし、初めて Fe の Kα 輝線、及び Fe Kβ＋Ni Kα輝線を検出した。図左は通常の電離平衡プラズマモデルでフィットした結果である。
Fe Kα輝線の中心値がモデルよりデータで高く、電離平衡よりさらに電離の進んだ状態にある可能性を示す。8—10 keV では盛り上がった構造が顕著であり、Fe の強い RRC を示唆する。さらに、5—6 keV に波のような構造が見られる。これは、Ca の RRC と対応する。以上を踏まえて過電離モデルを適用した結果(図右)、これらの残差は全て解消し、単一の電離平衡モデル
過電離モデル
10-1
10-1
過電離モデルでデー
Fe RRC
タがうまく再現する
10-2
10-2
ことが判明した。結果
Cosmic X-ray
10-3
として我々はこの天
Background
10-3
Ca RRC
体から初めて Fe 、Ca
4
4の RRC を発見した。
-4
4

6Energy (keV)

8

10

0
-4
4

6

8

Energy (keV)

図左; 電離平衡プラズマモデル (赤) によるフィット結果。緑は Cosmic
X-ray Background を示す。
図右; 過電離プラズマモデル (赤) によるフィット結果。

10

Discrete flavor symmetry
for lepton mixing and quark mixing
素粒子論研究室

小笠原敦

Abstract We study non-Abelian discrete flavor symmetries, which could constrain patterns of the lepton
mixing and the quark mixing. Through the systematical search for flavor symmetries, we propose a
simple model, which generates both the lepton mixing and the Cabbibo angle.
© 2014 Department of Physics, Kyoto University

ニュートリノ質量とそれに伴うレプトンの世代間質量混合の存在は、標準模型を超えた物理を示唆しているが、その起源は分かっていない。世代間混合の値を説明する候補の一つに non-Abelian な世代間対称性を導入する方法があり、数多くの模型が提唱されている。
近年の実験により、レプトン世代間質量混合を表す Pontecorvo-Maki-Nakagawa-Sakata 行列(PMNS 行列)に表れるθ13 角が非零で比較的大きいことが判明した。これまでの多くの世代間対称性模型では、第一近似として tri-bimaximal 模様の PMNS 行列[1]が与えられてきたが、実験結果と大きく外れてしまう。
そのため、この差異を説明する新しい機構、または実験値に近い PMNS 行列を導く新しい世代間対称性が必要になっている。
新しい対称性を用いた模型構築へのアプローチとして Hernandez-Smirnov は、世代間対称性から導きうる PMNS 行列の模様を、模型に依存することなく系統的に調べる方法を提唱した[2]。彼らの手法を用いれば、PMNS 行列に表れる非零のθ13 角を導く世代間対称性を見つけることが可能であり、現在までにいくつかの候補が提案されている。
一方、クオーク質量やその世代間混合は標準模型の枠組みで予言される現象だが、実験値がどのように理論的に定まるかは分かっていない。クオークの世代間質量混合を表す Cabbibo-Kobayashi-Maskawa
行列(CKM 行列)の混合角の大きさは、Cabbibo 角が PMNS 行列のθ13 角程度であり、その他はとても小さいことが知られている。そのため第一近似で tri-bimaximal 模様の PMNS 行列を導く模型では、CKM 行列
は PMNS 行列のθ13 角と同様に、模型に依存した高次の補正で生まれ得ると考えられてきた。しかし、もし PMNS 行列のθ13 角が世代間対称性の一次の寄与で生成されるなら、Cabbibo 角も同様に一次の寄与で生成される可能性がある。よって、世代間対称性から導かれる第一近似が、PMNS 行列と CKM 行列をどの程度再現できるかを調べることは、今後の模型構築において重要である。
そこで本発表では、Hernandez-Smirnov の手法をクオーク部分に拡張することで、クオークの質量混合を導く世代間対称性を模型に依存しない系統的な方法で調べる[3]。ある範囲の世代間対称性から導かれ得る CKM 行列の模様を網羅することで、世代間対称性の可能性を探る。その結果を参考に、CKM 行
列の Cabbibo 角と PMNS 行列を同時に出す世代間対称性の模型を提案する。

References[1] P. F. Harrison, D. H. Perkins and W. G. Scott, Phys. Lett. B 530, 167 (2002).
[2] D. Hernandez and A. Y. Smirnov, Phys. Rev. D 86, 053014 (2012).
[3] T. Araki, H. Ishida, H. Ishimori, T. Kobayashi and A. Ogasahara, Phys. Rev. D 88, 096002 (2013).

Integrable deformations of principal chiral models
and the AdS/CFT correspondence
素粒子論研究室

川口維男

Abstract We consider the classical integrable structure of q-deformed SU(2) and SL(2,R) principal chiralmodels. It is known that the classical dynamics of undeformed principal chiral models can be described intwo (left and right) descriptions. The two descriptions degenerate each other and, in fact, equivalent. The
deformations which we discussed here resolve their degeneracy. Thus the equivalence becomes obscure.
We show not only how each of the two descriptions is deformed individually but also how the left-right
duality is modified.
© 2014 Department of Physics, Kyoto University

We discuss integrable deformations of SU(2) principal chiral models (PCMs)[1,2]. In particular,
we concentrate on the deformations preserving SU(2)_L x U(1)_R symmetry. As a result, thedeformations can be regarded as a kind of q-deformations of SU(2) PCMs.
In each model, there are two ways to describe the classical dynamics: one of them is called 1)
left description and the other is called 2) right description. The former is based on the SU(2)_Lsymmetry and the later is based on the U(1)_R symmetry. First, we present Lax pairs and monodromy
matrices both in left and right descriptions. Then it is shown that a couple of su(2)_L Yangians
and the (deformed) quantum affine su(2)_R are realized in the deformed sigma models. The classicalr/s-matrices subject to the extended classical Yang-Baxter equation are also obtained. In
addition, gauge equivalence between left and right monodromy matrices is shown.
We also discuss a similar integrable deformation of SL(2,R) PCMs[3], which preserves SL(2,R)_L
x U(1)_R symmetry. As in case of deformed SU(2) principal chiral models, there are two descriptions
for its classical integrable structure and they are gauge equivalent each other. The main
distinction is the “direction” of the q-deformation. We consider the non-standard q-deformation(q-deformation to the non-Cartan direction) while the standard q-deformation is considered incase of SU(2) principal chiral models. As a result, the U(1)_R symmetry is no longer enhanced
to the quantum affine sl(2,R)_R. It is shown that an infinite-dimensional algebra which has an
exotic tower structure is realized in this model. In addition, we construct a homomorphism fromthe sl(2,R)_R Yangians to the exotic symmetry.
References[1] I.Kawaguchi and K.Yoshida, ”Hidden Yangian symmetry in sigma model on squashed sphere,” JHEP 1011
(2010) 032, “Hybrid classical integrability in squashed sigma models,” Phys. Lett. B 705 (2011) 251, “Hybridclassical integrable structure of squashed sigma models: A Short summary,” J. Phys. Conf. Ser. 343 (2012) 012055.
I.Kawaguchi, T.Matsumoto and K.Yoshida, “The classical origin of quantum affine algebra in squashed sigma
models,” JHEP 1204 (2012) 115, “On the classical equivalence of monodromy matrices in squashed sigma
model,” JHEP 1206 (2012) 082.
[2] I.Kawaguchi, D.Orlando and K.Yoshida, “Yangian symmetry in deformed WZNW models on squashedspheres,” Phys. Lett. B 701 (2011) 475. I.Kawaguchi and K.Yoshida, “A deformation of quantum affine algebra insquashed WZNW models,” [arXiv:1311.4696 [hep-th]].
[3] I.Kawaguchi and K.Yoshida, “Classical integrability of Schrodinger sigma models and q-deformed Poincare
symmetry,” JHEP 1111 (2011) 094, “Exotic symmetry and monodromy equivalence in Schrodinger sigma
models,” JHEP 1302 (2013) 024. I.Kawaguchi, T.Matsumoto and K.Yoshida, “Schroedinger sigma models andJordanian twists,” JHEP 1308 (2013) 013.

T2K 実験におけるニュートリノ反応断面積の測定
高エネルギー物理学研究室

木河達也

Abstract The neutrino interaction cross sections for inclusive charged current interaction, charged current
quasi-elastic scattering and charged current coherent pion production are measured using the T2K
neutrino beam and the fully-active tracking detector “Proton Module”.
© 2014 Department of Physics, Kyoto University

T2K 実験[1]は 2009 年に開始した長基線ニュートリノ振動実験である。J-PARC 加速器により生成されたニュートリノビームを生成点直後にある前置検出器と 295km 離れたスーパーカミオカンデで観測する
ことによりニュートリノ振動の精密測定を行う。ニュートリノ振動実験においてはニュートリノ反応に対する理解が非常に重要になるため、私は T2K 実験のニュートリノビームと自ら開発、製作した Proton
Module 検出器を用いて 1GeV 付近のニュートリノ反応断面積の精密測定を行った。Proton Module 検出器はプラスチックシンチレータのバーを並べた全感知型飛跡検出器であり、この検出器をニュートリノ
標的および反応点付近の飛跡再構成のために用い、すぐ下流に設置されている鉄とシンチレータのサンドイッチ構造の INGRID 検出器をミューオン識別のために用いる。
ニュートリノ振動はニュートリノ荷電カレント反応を通して測定するため、荷電カレント反応の精密測定は特に重要である。そのため、まず Proton Module 検出器と INGRID 検出器を用いて鉄と炭素における荷電カレント反応断面積を測定した。それと同時に鉄と炭素における荷電カレント反応断面積の比を非常に精密に測定した。これらの測定結果はモデルによる予測とよく一致しており、荷電カレント反応において、標的原子核に依存性したアノーマリーが測定精度の範囲で存在しないことを確認した。この結果は前置検出器とスーパーカミオカンデにおいて異なった種類の原子核をニュートリノ標的として用いている T2K 実験にとって重要な結果である。
次に Proton Module 検出器を用いて T2K 実験のニュートリノ振動測定で信号モードとしている荷電カ
レント準弾性散乱(νμ+n→μ-+p)の断面積を測定した。測定結果はモデルによる予測と無矛盾であったが、再構成された飛跡が 1 本のサンプルと 2 本のサンプルからそれぞれ求めた断面積にはわずかな違いが見られた。T2K 実験ではニュートリノ反応における原子核モデルとしてフェルミガスモデルを用いているが、これは近似を用いて単純化されたモデルであり、より複雑な Spectral function と呼ばれるモデル
がより現実的であると考えられている。Spectral function を用いた場合の見積もりではこの違いは小さくなっているため、この違いは Spectral function の正しさを示していると考えられる。
最後に Proton Module 検出器を用いてニュートリノが原子核全体と相互作用する荷電カレントコヒー
レントπ生成反応(νμ+A→μ-+π++A’ : A は原子核)の断面積を測定した。この反応断面積の予測には Rein
and Sehgal モデル[2]が広く用いられてきたが、K2K 実験、SciBooNE 実験において 1GeV 付近のエネルギ
ー領域で得られた信号は Rein and Sehgal モデルの予測より遥かに小さく、有意な信号が見つかっていない。Proton Module 検出器による測定結果も Rein and Sehgal モデルによる予測よりずっと小さいものであったが、荷電カレントコヒーレントπ生成反応が存在しない場合の予測より 1σ以上の超過が見られた。その信号の終状態の粒子の角度分布を見ると、小角度の領域においては Rein and Sehgal モデ
ルとよく一致しており、大角度領域では大きくずれているため、Rein and Sehgal モデルにおける終状
態粒子の運動学の予測に原因がある可能性を示唆した。
いずれの測定結果も T2K 実験において考慮されているニュートリノ反応モデルの不定性の範囲内であり、T2K 実験においてニュートリノ反応モデルとその不定性が正しく扱われていることを示した。
(ただし荷電カレント準弾性散乱と荷電カレントコヒーレントπ生成反応の断面積の測定結果はまだ
T2K 実験の公式の物理結果ではない。)
References[1] K. Abe et al. (T2K Collaboration), Nucl. Instrum. Meth. A 659 106 (2011)[2] D. Rein and L. M. Sehgal, Ann. Phys. 133 79 (1981)

F-theory compactified on K3xK3 and its application tolandscape基礎物理学研究所 素粒子論グループ

木村裕介

Abstract We study flux compactification of F-theory on K3 x K3, and its application to landscapeproblem. K3 surface admits several distinct elliptic fibrations, and each fibration contains the algebraic
information such as gauge group. Using lattice theoretic approach, we investigate distribution of gauge
groups over the landscape of vacua.
© 2014 Department of Physics, Kyoto University

ストリング理論をコンパクト化する空間の変形の自由度をモジュライというが、この自由度からスカラー粒子が出現してしまう。宇宙論との整合性から、そのような粒子が出現しないようモジュライを安定させる必要がある。F 理論において４形式フラックスを導入することでモジュライを安定できることが知られている。我々の論文ではコンパクト化する空間が K3xK3 の場合を考える。この時、フラックスの導入は各々の K3 曲面の代数的サイクルの数が増えることに対応する。代数的サイクルの数が可能な最大に達した K3 曲面を attractive K3 という。コンパクト化する空間である K3xK3 において、両方のK3 曲面とも attractive である場合がモジュライを安定させる観点より理想的である。
ストリング理論では可能な真空の解が一つに定まらず無数に存在するが、これをランドスケープ問題という。F 理論では、楕円ファイブレーションから非可換ゲージ群などの物理情報を読み取れる。K3 曲
面は複数の楕円ファイブレーションを持ち、それぞれのファイブレーションに応じて対応する物理が変わってくる。この K3 曲面の特徴を応用することで、非可換ゲージ群に対する条件をつけた従来より精密なランドスケープ問題の考察が出来る。異なる真空を区別するファイブレーションの分類を便宜上 J1
分類と呼ぶ。同様に、ゲージ群や物質表現が等しくなるかで区別する分類を J2 分類と呼ぶ。一般に J2
分類は J1 分類より粗い。物理的に異なる真空でもゲージ群や物質表現が一致する場合があるのだ。格子理論を用いて J2 分類を調べる Kneser-Nishiyama 法という数学的手法が存在する[1]が、我々はこの方法に加え、Piatetski-Shapiro, Shafarevich[2]らの理論に倣い、2 次の整数係数コホモロジー群格子のうち(-2)-反射群に関する基本領域を調べることで、より細かい J1 分類の意味で楕円ファイブレーションを数える結果を導いた[3]。これにより、K3xK3 のランドスケープにおいて非可換ゲージ群を残すことでどの位真空の数が減るか、またどのゲージ群がより多くの真空を持つかなど、問題の統計的な側面まで
詳細に調べることが出来る。我々は En-ゲージ群と En-1xU(1)-ゲージ群を持つ真空の数の比率を計算した[4]。これが今発表の主結果である。動機は SU(3)xSU(2)xU(1)をゲージ群として持つ真空より SU(5)を持つ真空の数の方がランドスケープで多いことを実証することにあるが、類似のケースであり実行可能な上記の場合を計算対象とした。
Aspinwall、Kallosh は tadpole 相殺条件に更なる制約を加えた条件の下で、どの K3 曲面が許されるかを調べた[5]。我々はこの制約を緩め、全てで 34 個の attractive K3 曲面を今研究のサンプルとして用いた。一般には上限を見積もったが、うち 10 個については J1 分類と J2 分類が一致することを我々は[3]で確認している。この事実はランドスケープにおいて真空の数を比べ正確な計算を実行する今発表の主結果を得るうえで本質的である。
References[1] K.Nishiyama, Japan. J. Math., 22 (1996).
[2] I.Piatetski-Shapiro and I.R.Shafarevich, Math. USSR Izv. 5 (1971).
[3]A.Braun, Y.Kimura and T.Watari, arXiv: 1312.4421[math.AG][4]A.Braun,Y.Kimura and T.Watari, to appear[5] P. S. Aspinwall and R. Kallosh, JHEP 0510(2005) 001, [arXiv:hep-th/0506014].

カイラル対称性の部分的回復と核物質中のπ中間子の性質
原子核理論研究室

郷田創一郎

Abstract To study partial restoration of chiral symmetry, we evaluate in-medium chiral condensate, pion
decay constant and pion mass using in-medium chiral perturbation theory up to the next-to-leading orderof nuclear density. We find that NLO corrections are not small and low energy theorems are not satisfied
in this order.
© 2014 Department of Physics, Kyoto University

低エネルギーQCD では、カイラル対称性の自発的破れが起きているが、この現象が構成子クォーク質量を生成し、ハドロン質量のほとんどを与えると考えられている。近年、この対称性の破れを原子核を舞台として検証する試みが理論・実験ともに盛んである。特にカイラル対称性の自発的破れの秩序変数である、カイラル凝縮の核媒質中での変化に着目し、質量生成機構を検証するという研究が行われている。この変化はカイラル対称性の部分的回復と呼ばれ、この観点から、ゼロ温度・有限密度とみなせる
原子核という有限密度系と中間子との束縛系に特に注目が集まっている。原子核中でのハドロンの性質の変化を通して、カイラル対称性の部分的回復を理解することが理論・実験ともに重要視されている。
その理解を目指した理論的な研究として、有限密度中でも成り立つ関係式が、密度の一次の範囲内でカレント代数に基づいて系統的に導かれている[1]。またπ中間子原子の深い束縛状態に関する精密分
光実験を通して、対称性の部分的回復が線形密度の範囲内で定量的に見積もられている[2]。
この研究では、まずカイラル対称性の破れの秩序変数であるカイラル凝縮の密度依存性を解析する[3]。
さらにその自発的破れに伴う南部ゴールドストーン粒子であるπ中間子に注目し、核物質中でπ中間子の性質がどのように変化するかを定量的に議論する。特にπ中間子の崩壊定数、質量の密度依存性を評
価 する [4]。解 析には核物 質中に拡 張したカ イラ ル摂動論 [5,6]を用 い、 線形密度 近似を超えて
Next-to-leading の補正までを議論する。この理論を用いる利点は、カイラル対称性を尊重している点と、運動量の次数を勘定することで物理量の大きさを系統的に評価することが可能である点である。核物質
中でのπ中間子は波動関数くりこみにより密度効果を受ける。これが核物質中でのπ中間子を特徴付け、
崩壊定数、質量等の物理量に寄与し、本質的に重要であることを示す。またその密度依存性を解析し、
π0→2γ崩壊から波動関数くりこみの密度依存性を観測できることを示す。核物質中での低エネルギー定理、特に Gell-Mann-Oakes-Renner 関係式が成り立つかどうかも議論する。

References[1] D. Jido, T. Hatsuda and T. Kunihiro, Phys. Lett. B 670 ,109 (2008) .
[2] K. Suzuki et al., Phys. Rev. Lett. 92, 072302 (2004) .
[3] S. Goda and D.Jido, Phys. Rev. C 88, 065204 (2013) .
[4] S. Goda and D.Jido, arXiv:1312.0832 .
[5] J. A. Oller, Phys. Rev. C 65 , 025204 (2002) .
[6] U. G. Meissner, J. A. Oller and A. Wirzba, Annals Phys. 297 ,27 (2002) .

軽い中性子過剰核におけるダイニュートロン相関の系統的研究
原子核理論研究室

小林 史治

Abstract We investigate dineutron correlation in the light neutron-rich nuclei. A dineutron is
a compact spin-singlet two-neutron pair regarded as a kind of cluster. We suggest that dineutron
correlation can be generally significant in those nuclei. We present contribution of the dineutron
correlation in the ground and excited states of 8He.
© 2014 Department of Physics, Kyoto University

近年、科学技術の進歩により自然界には存在しない中性子過剰な不安定核の研究が実験的に可能になり、長らく研究されてきた安定核における常識を打ち破る新奇な現象がいくつも発見されてきた。そのような多様な様相を見せる原子核の性質を明らかにするために、中性子過剰核は理論・実験両側面から精力的に研究されている。中性子過剰核特有の物理の一つに“ダイニュートロン相関”がある。ダイニュートロンとは空間的にコンパクトなスピン 0 の二中性子対である。自由空間において二中性子は束縛状態を形成しないにも関わらず、無限核物質の低密度領域や中性子過剰核の核表面付近では、二中性子間の空間的な相関が強まりコンパクトなダイニュートロンが形成されることが理論的に示唆されている[1,2]。特に中性子過剰核中においては、有限効果によってダイニュートロンは全系のサイズに比べ非常にコンパクトになり一種の擬似的なボソン(クラスター)と見なし得る。しかし二中性子は元々非束縛なために、ダイニュートロンの形成の度合いやサイズなどの性質は、芯原子核の占有軌道・変形構造・
芯と余剰中性子の束縛の強さなどの状況に応じて多様に変化することが期待される。しかし先行研究で用いられてきた既存のモデルでは芯の構造を考慮することが難しく、その適用範囲はごく一部の原子核に限られていた。本研究では芯の構造をあらわに取り入れた上でその周りのダイニュートロンの運動を詳細に記述する枠組み“ダイニュートロン凝縮波動関数”を一から構築した[3]。この枠組みはダイニュートロンの観点からは研究されていない大半の原子核に適用でき、これによりダイニュートロン相関の普遍的性質を明らかにするための系統的研究が可能になった。
今回の研究では軽い質量数(A≤10)の中性子過剰核に着目し、それらにおけるダイニュートロン相関の寄与を解析した。その解析からこれら軽い中性子過剰核では一般的にコンパクトなダイニュートロンが核表面付近で形成され得ることを示した。その中でも今回の発表では 8He の結果に着目する[4]。8He は
芯+四余剰中性子でよく記述され、四つの余剰中性子が独立に 0p3/2 殻に入って LS 力を稼ぐ殻模型的な成分と一つもしくは二つのダイニュートロンが形成される成分が競合することが考えられる。今回の解析により 8He の基底状態においては殻模型的な成分と一つのダイニュートロンが芯から大きく発達する成分が競合することを示した。芯と余剰中性子が適度に束縛している基底状態においてはダイニュート
ロンが LS 力によって崩される効果が重要であり、ダイニュートロンが同時に二つ発達する成分は大きく抑制される。一方で二つのダイニュートロンが発達する成分は励起状態において重要になり、二つのダイニュートロンが擬似的にボソンとして振る舞い最低軌道を占める “ダイニュートロン凝縮状態”が励起状態として存在し得る可能性を示唆した。この状態はと 2 ダイニュートロンという三つのクラスターがガス状に、互いにほぼ相関を持たずに大きく拡がった構造で特徴づけられる。今回の発表では基底状態における殻模型成分とダイニュートロン成分の競合、および励起状態におけるダイニュートロン凝縮という新奇な状態について述べる。
References[1] M. Matsuo, Phys. Rev. C 73, 0044309 (2006)[2] K. Hagino, H. Sagawa, J. Carbonell and P. Schuck, Phys. Rev. Lett. 99, 022506 (2007)[3] F. Kobayashi and Y. Kanada-En’yo, Prog. Theor. Phys. 126, 457 (2011)[4] F. Kobayashi and Y. Kanada-En’yo, Phys. Rev. C 88, 034321 (2013)

低雑音撮像能力をもつ
気球搭載型サブ MeV ガンマ線カメラの天体検出性能の検証
宇宙線研究室澤野達哉

Abstract We have been developing an Electron Tracking Compton Camera (ETCC) for the MeV
gamma-ray region in the universe by balloon experiments. The simulated detection efficiency of theflight-model-type ETCC is consistent with the simulated one, which enables us to detect Crab nebulawith > 5 level.
© 2014 Department of Physics, Kyoto University

サブ MeV ガンマ線帯域の連続スペクトル観測は、活動銀河核のガンマ線バーストの光度における経験則を用いた距離梯子への利用[1]など高エネルギー天体現象へのユニークなプローブになる一方で、雑音事象が非常に多く観測装置の発展が遅れている分野である。観測の困難を克服した観測技術の確立のため、コンプトン散乱を利用する、ガス検出器とシンチレーションカメラからなる電子飛跡検出型コン
プトンカメラ（ETCC）の開発を行い、気球観測による天体撮像能力の実証を目指している。開発した気球搭載型 ETCC(FM ETCC)の性能を説明すべく、物理過程と検出器のエネルギー分解能のみを考慮したモ
ンテカルロシミュレーションにより ETCC の検出効率を評価したところ、FM ETCC と同タイプの試験用小型 ETCC の実験値と 30%以内で一致しており(Fig. 1)[2]、精度良いシミュレータの構築に成功した。このことは、ETCC が雑音事象を含む環境でコンプトン散乱事象を選択的にほぼ 100%捉えられていることを示している。FM ETCC の基本性能を用いて数値計算を行い、高度 40 km の中緯度で数時間の観測により、かに星雲を 5以上の有意度で観測可能であることを示した。ガス検出器に用いるガス種の選定により 10 倍程度まで有効面積を達成、flux に変動の可能性が指摘される Vela パルサーの観測による検証を
南極周回気球実験によって可能な感度に達成する(Fig. 2)など、気球観測実験によるサブ MeV ガンマ線
天文学の開拓の実現性を検証した。

Fig. 1. Detection efficiency of small ETCC:
simulation (Double-dashed line) andmeasured (closed square). See [2] for details.

References[1] D. Yonetoku et al., ApJ. 609, 935-951 (2004).
[2] T. Sawano et al., JPS Conf. Proc., in press (2013).
[3] M.S.Strickman et al., ApJ. 460, 735 (1996).

Fig. 2. Detection expectation of the circumpolar-flight
ETCC (dotted line) for Vela pulsar.
The original figure is from [3].

Non-minimal coupling in the context ofmulti-field inflation
Yukawa Institute for Theoretical Physics

Jonathan White

Abstract Motivated by their good consistency with recent observational data, we study the class of multifield inflation models that contain a non-minimal coupling to the gravity sector. In particular, we focus
on the formulation dependence of this class of models and the potentially important role of the Higgs.
© 2014 Department of Physics, Kyoto University

Recent observations of the Cosmic Microwave Background (CMB) show very good consistency with inflationarymodels whose actions can be written in a form that contain non-minimal coupling between the field driving
inflation and the Ricci Scalar. Such non-minimal coupling is also theoretically well motivated, for example in thecontext of unifying particle physics theories. The same theories also predict the existence of many light degrees of
freedom in addition to the inflaton. Motivated by these facts, in this work we study multi-field inflationary models
with non-minimal coupling.
It is well known that models with non-minimal coupling can be re-cast in the form of Einstein gravity via a
conformal transformation of the metric. The original “frame” and that after the rescaling of the metric are referred
to as the Jordan and Einstein frames, respectively, and there is a long-standing debate as to the level of
equivalence between results obtained in the two frames. We focus on comparing the curvature perturbations
associated with the two frames, as these quantities are very closely linked to the temperature fluctuations of the
CMB. At linear order we find that, as a result of the isocurvature modes inherent to multi-field models of inflation,
the two quantities and their evolutions do not necessarily coincide. In particular, the conservation of one does notnecessarily imply the conservation of the other. Using the δN formalism to go beyond linear order, we find thatthe statistical properties of the two curvature perturbations may also be very different, including the nongaussianity. Given that non-gaussianity is a powerful tool for distinguishing between different models of inflation,
this highlights the importance of determining how each of the curvature perturbations is related to observations.
In the second part of our work we consider the reheating process in the same class of inflation models. Taking abottom-up approach we assume that there are no direct interaction terms between the inflaton sector and theStandard Model. As such, reheating takes place via gravitationally suppressed dimension-5 interaction terms, withthe decay rates of the inflaton sector depending on the masses of the decay products. Since all masses of thestandard model particles are acquired from the Higgs field expectation value, we argue that the rate ofgravitational particle production can be spatially modulated by the stochastic value of the Higgs condensate
generated during inflation. We show that observational constraints on the curvature perturbation generated fromthis Higgs isocurvature mode can be used to set a lower bound on the inflaton mass during the reheating phase.
Given that gravitational interactions are universal, and that we know the Higgs field to exist, this work isimportant in constraining the possible role that the Higgs field might play in the dynamics of the early Universe.
References:[1]
J. White, M. Minamitsuji, and M. Sasaki, Curvature perturbation in multi-field inflation
with non-minimal coupling, JCAP 07(2012)039.
[2]
J. White, M. Minamitsuji, and M. Sasaki, Non-linear curvature perturbation in multi-field
inflation models with non-minimal coupling, JCAP 09(2013)015.
[3]
J. White and Y. Watanabe, in preparation.

Quantum Tunneling During Inflation:
Non-linear Analysis of the Quantum Fluctuations
Yukawa Institute for Theoretical Physics

Kazuyuki Sugimura

Abstract We perform a non-linear analysis of the primordial fluctuations generated from quantum
tunneling during inflation, which can become a key to observationally test the string theory landscape infuture. We develop formulation and then apply it to a couple of inflation models with quantum tunneling.
© 2014 Department of Physics, Kyoto University

While inflation is now part of the standard cosmology, our knowledge of the physics behind inflation is very
limited. The energy scale of inflation is far beyond that of the standard model of particle physics and there is nohope to realize accelerator experiments at such high energy. However, string theory, the most studied candidate of
the ultimate theory, recently offered a new framework on inflation: the string theory landscape.
The motivation of this work is to test this theory-motivated framework by observation, which possibly has anextremely large impact on both cosmology and string theory. The string theory landscape is a huge landscape of
potential for scalar fields, which are originated from the degrees of freedom of the extra dimension geometry instring theory. Although details of the landscape are not clear yet, string theory generally suggests the existence of
local potential minima, where scalar fields jump around by quantum tunneling. Evidences of the string theory
landscape can be found by searching for distinctive observational signatures generated by such quantum
tunneling.
In this work, we focus on the non-Gaussianity of the primordial fluctuations generated from quantum tunneling
during inflation, which can become a key to observationally test the string theory landscape in future. The
non-Gaussianity of the primordial fluctuations, an observable related to the higher order correlations of them, isgoing to be a powerful tool to probe inflation in the coming era of high precision cosmology.
Since there was no previous work on the non-Gaussianity from quantum tunneling, we start with developing
formulation to calculate it. The commonly used formulation to calculate the non-Gaussianity, the so-called in-in
formalism, is not directly applicable to systems with quantum tunneling because the evolution of the quantum
fluctuations during quantum tunneling cannot be described as real (Lorentzian) time evolution. We derive theextended in-in formalism on quantum tunneling background in a system of multi-dimensional quantum mechanics
based on the WKB analysis of tunneling wave functions [1], and then further extend this to cosmological systems
with quantum tunneling.
We apply this newly developed formulation to a couple of models motivated by the string theory landscape,namely, models where slow-roll inflation is triggered by quantum tunneling [2] and ones where bubbles are
nucleated via quantum tunneling during slow- roll inflation [3], to predict the non-Gaussianity of the primordial
fluctuations from these models for the first time. As a result of calculation, we find that the bispectrum can begenerated in the long-wavelength modes due to quantum tunneling during slow-roll inflation in the former models
and that large skewness regions with azimuthal symmetric spatial dependence can be generated due to nucleatedbubbles in the latter.
References[1] K. Sugimura, Phys.Rev. D88 (2013) 025037.
[2] K. Sugimura and E. Komatsu, JCAP 1311 (2013) 065.
[3] K. Sugimura, D. Yamauchi, and M. Sasaki, Europhys.Lett. 100 (2012) 29004.

Measurement of the energy dependent muon neutrino
charged current inclusive cross section
with the T2K INGRID detector
高エネルギー物理学研究室

鈴木研人

Abstract The energy dependent muon neutrino charged-current (CC) inclusive cross section from 1 to 3
GeV is being measured at the T2K INGRID detector. The current analysis status and the prospect will bepresented.
© 2014 Department of Physics, Kyoto University

10 m

The T2K experiment [1] is a long baseline neutrino oscillation experiment. The purpose of thisexperiment is to measure the neutrino oscillation parameters and the CP violating phase (δcp).
In 2013, the non-zero neutrino mixing parameter (θ13) was observed with a significance of 7.3
σ by measuring the electron neutrino appearance [2]. The combined measurement with other reactor
experiments showed thatδcp preferred –π/2. On the other hand, the property of the neutrino
interaction itself is not fully understood in the neutrino physics. T2K experiment also aims
to make the mechanism clear by measuring the neutrino cross section at T2K near detector. The
purpose of this analysis is to measure the energy dependent muon neutrino charged-current (CC)inclusive cross section from 1 to 3 GeV with the T2K INGRID detector. Since there is little data
レータに挿入された波長変換ファイバーによって波長を変measured by the other experiments in this energy region, the resultof this analysis will be
出しを行っている。
useful for some neutrino interaction models.
The INGRID (Fig.1) is an on-axis neutrino near detector whichBeamis composed of identical 14 modules and designed to measure theaxis
neutrino beam direction with the 10 m×10 m coverage. Each module
is arranged in horizontal and vertical direction. Each module
has iron target plates and plastic scintillator planes. A
neutrino interacts with one of the iron plates and generates
charged particles. Then, these particles are tracked by the
scintillator planes. By counting the number of the interactions,
we measure the neutrino CC interaction rates with the highdetection efficiency (>70%).
INGRID cannot measure the neutrino energy. But the expectedenergy spectrum of the neutrino beam is different for each module
position. With this feature and categorizing the neutrino events
10 m
according to some topologies, the energy dependence of the CC 図Fig.1
4.1: on-INGRID
axis 検出器detector.
INGRID。 計
14 台のモジュール
Two
separated·
横方向に7台ずつ並べられている。
両脇にある
inclusive cross section from 1 to 3 GeV can be measured. The が縦
modules located at off-axis positionsare
2台のモジュールは今年インスト
ールされた
INGRID
principle of this measurement, the systematic errors, the result
not used in this analysis.
shoulder module(後述)。
with Toy MC data, and the prospect of this analysis will bepresented.
MPPC

References
MPPC は Multi-Pixel Photon Counter の略称であり、 浜松[1] K.Abe et al.[T2K collaboration], Nucl,Instrum.Meth.A 659 (2011) 106. 検出器である (図 4.3)。 有感面積 1.3 mm2 の受光面を持ちPhotoDiode) ピクセルから構成されている。 MPPC を用い[2] K.Abe et al.[T2K collaboration], arXiv:1311.4750 [hep-ex]

印加電圧をおよそ 70 V まで上げる。 また、 APD ピクセル

ウン電圧と呼ばれる。 尚ガイガーモード で動作させた時の定義される。

Q= C(V −Vb≡C∆Vov

T2K 前置検出器部分における小型水チェレンコフ検出器“Mizuche”を使ったニュートリノ反応数測定
高エネルギー物理学研究室

髙橋将太Abstract “Mizuche” is newly developed water Cherenkov detector for counting the neutrino at the neardetector hall of T2K. It aims to test feasibility for precise counting under rather high intensity beam usingsame type detector as Super-Kamiokande. We report the result of our measurement and BG treatment.
© 2014 Department of Physics, Kyoto University

東海神岡間長基線ニュートリノ振動実験[1]（以下 T2K 実験）は、茨城県東海村にある大強度陽子加速器施設 J-PARC の陽子ビームを使って生成した人工ニュートリノビームを、295km 離れた岐阜県飛騨市にあるスーパーカミオカンデに向けて飛ばし、その飛行中に起こるニュートリノ振動を観測する実験である。2009 年 4 月に稼働開始したこの実験は、現在までに電子ニュートリノ出現事象の発見[2]、および、ミューオンニュートリノ消失モードの精密測定[3]を達成している。
ニュートリノ振動の精密測定には、ニュートリノビームのフラックス、ニュートリノ反応断面積、検出効率の不定性に起因する系統誤差を低く抑えることが必要となってくる。前置検出器部分において、後置検出器であるスーパーカミオカンデと同じ測定原理・ニュートリノ反応標的を持つ水チェレンコフ
検出器を使って測定することができれば、これらの系統誤差を削減することが期待できる。
T2K 実験のニュートリノビーム強度では、大型の水チェレンコフ検出器に対するニュートリノ反応レートが大きく、１バンチ内で多数のニュートリノが反応してしまい、バンチ毎にイベントを区別して測定することが困難になる。そのため、本実験では容積を 2.5 トンと小型化し、ニュートリノ反応数を計数することに特化した Mizuche 検出器を開発した[4]。
Mizuche 実験は 2012 年からデータ取得を開始した。本発表では、2012 年 5 月 28 日〜6 月 9 日に取得したデータについての解析結果を報告する。

Fig.1. Distribution of light yield for data and Monte Carlo (only neutrino interaction).
Right: with FV water; Left: without FV water.
References[1] Y. Itow et al., “The JHF-Kamioka neutrino project”, http://arxiv.org/abs/hep-ex/0106019[2] K. Abe et al., “Observation of Electron Neutrino Appearance in a Muon Neutrino Beam”,,
http://arxiv.org/abs/1311.4750[3] K. Abe et al, “Measurement of Neutrino Oscillation Parameters from Muon Neutrino Disappearance with an
Off-Axis Beam”, http://prl.aps.org/abstract/PRL/v111/i21/e211803[4] 髙橋将太, 修士論文「ニュートリノ反応数測定のための小型水チェレンコフ検出器”Mizuche”の開発」

X-ray study on plasma outflows from the Galactic center
宇宙線研究室中島 真也

Abstract We present the discovery of plasma outflows extending 100-200 pc north and south of the
Galactic center. These plasmas have thermal energy of 1052 erg. We also found the southern plasma to be
in a recombining phase. These plasmas were likely generated by the Galactic center activity 105 yr ago.
© 2014 Department of Physics, Kyoto University

Relased energy rate (erg s-1)

The center of our Galaxy (Galactic center; GC) has a lower activity than that of active galactic nuclei or starburst
galaxies at present. The current luminosity of the central supermassive black hole, Sagittarius (Sgr) A*, is eightorders of magnitude lower than its Eddington luminosity of 1044 ergs. Moreover, on-going explosive starformation is not found. However, signatures of past GC activities have been reported recently. For instance, X-ray
observations have discovered fluorescent lines of neutral iron from dense molecular clouds in the GC (X-ray
reflection nebula; XRN). They are likely to be caused by reflections of past Sgr A* flares occurring 100-1000 yr
ago. The luminosity of the flares are estimated as 1039 ergs [1]. Gamma-ray observations also revealed the giant
bubbles, which suggest another Sgr A* flare or a nuclear starburst 106-107 yr ago (Fermi bubble; FB) [2]. Suchobservational evidence of past GC activities is still limited, so that there is a large gap in the activity history
between 103 and 106 yr ago (see Fig. 1).
Our aim is to find other relics of GC activities and to clarify the history of them. Previous X-ray observations
have concentrated on the Galactic plane region. Contrastingly, we focused on the Galactic bulge region because it
is less contaminated by the strong GC background emission and is more suitable to detect phenomena associatedwith the GC activities. We performed the survey of the off-plane region with the Suzaku satellite, and found thelarge diffuse plasma to the south and north of the GC, which are referred to as GC South and GC North,respectively.
From the spectral analysis of GC South, we discovered the plasma is in a recombining phase, which is notexpected in the standard shock-heating scenario. Indeed, a recombining plasma (RP) model well represents the
spectrum, and gave us the electron temperature of 0.5~keV, the initial ionization temperature of 1.6~keV. The
recombination timescale of 105 yr indicates that GC South was generated 105 yr ago. The absorption column
density suggests that GC South is located at the GC distance. The mass an thermal energy of the plasma reach3000 M◉ and 8 x 1051 erg, respectively [3].
The spectra of GC North is represented by a CIE
FB(Sgr A* jet origin)42
plasma with the electron temperature of 0.7~keV. The
10
Jet?
absorption column density indicates that GC North is
FB
1040 (Starburst origin)
GC South/North
XRN
also located at the GC distance. The mass and thermal
10% SN rate51
(r < 50 pc)
energy are found to be 900 M ◉ and 3 x 10 erg,
1038
respectively. The dynamical time scale of the plasma is
Current1036
estimated as 105 yr. These parameters are comparable
Sgr A*
Flare
to those of GC South.
1034
We consider that a past GC activity 105 yr ago
Quiescent
1032
7
6
5
4
3
2
1
generated GC South/North on the basis of large
10
10
10
10
10
10
10
Look back time (years)
thermal energies in both the plasma and the RP in GC
South.
Fig. 1 History of the past GC activities.
References[1] Ryu et al., PASJ, 65, 33 (2013).
[2] Su et al., ApJ, 724, 1044 (2010).
[3] Nakashima et al., ApJ, 773, 20 (2013).

Direction-sensitive dark matter searchwith a gaseous micro time projection chamber
宇宙線研究室中村 輝石

Abstract A direction-sensitive dark matter search with improved gaseous micro time-projection-chamber
was performed in Kamioka. New best direction-sensitive SD cross section limit 557 pb for WIMP massof 200 GeV/c2 was obtained. Remaining background was studied , and the polyimide of the u-PIC was
found to be a dominant background source.
© 2014 Department of Physics, Kyoto University

Non-baryonic dark matter is widely believed to account for a large fraction of the mass in the universe by a lotof observation of universe. Weakly Interacting Massive Particle (WIMP) is the leading candidate of the dark
matter. Direct search experiments pursue for the signal of WIMP-nucleus elastic scatterings, where WIMPs in thehalo of our galaxy are expected to be detected on the Earth[1]. Direct search experiments can provide the robust
evidence of the existence of the halo dark matter. Since the shape of the expected energy spectrum is
exponential-like, the decrease of threshold energy is important to get enough signals.
Many direct search experiment of dark matter have been performed so far. Although some experiments havereported a positive result, no experiments have reached widely agreed discovery. In order to obtain a robust
evidence of the dark matter, more reliable signal is needed. A most convincing signal of the dark matter would beseen in the directional distribution of the recoil nucleus. Since the Cygnus constellation is seen in the forward
direction of the Solar system's motion, dark matters would seem to come from the Cygnus direction like
"WIMP-wind". A gaseous detector with a good position resolution is required for the direction-sensitive search inorder to detect a shorter track than 1mm in atmospheric pressure gas.
We have developed a direction-sensitive dark matter detector, NEWAGE-0.3b' to improve the sensitivity by
one order of magnitude from previous measurement performed by NEWAGE-0.3a[2]. NEWAGE-0.3b' consists ofa micro time projection chamber (μ-TPC) filled with 0.1 atm of CF4 gas, its electronics system, and the gas
circulation system with cooled charcoal for reduce radon, which is one of the background source, and impurities.
NEWAGE-0.3b' was designed to have a twice larger target volume with low background material, a lowered
threshold of 50 keV with an angular resolution of 40 degree[3], and an improved data acquisition system.
A direction-sensitive dark matter search in Kamioka underground laboratory with NEWAGE-0.3b' wasperformed from 2013/07/17 to 2013/11/12. Compared to the previous measurement with NEWAGE-0.3a,
obtained background level was reduced by 1/10 in the energy range of 100-400 keV. With an exposure of 0.327
kg days, a new 90%C.L. direction-sensitive spin dependent (SD) cross section limit 557 pb for WIMP mass of
200 GeV/c2 was obtained. This result is improved by a factor of 10 from previous measurement, and marks theworld-record direction-sensitive limit.
The identification of the background source is very important to improve the low background detector.
Remaining background was studied in detail, and the polyimide of μ-PIC was found to be the dominantbackground source. If a new low-background μ-PIC is developed, the background level will be limited byenvironmental gamma-rays and it will be reduced by constructing a lead shield. The expected limit with the above
improvements will reach to the DAMA region. Further sensitivity will be achieved by recognizing the head/tail ofthe track, improving angular resolution, and using large-size detectors with long-term operation, and then adirection-sensitive dark matter search of DAMA region will start.
References[1] J. D. Lewin and P. F. Smith Astropart. Phys. 6 (1996) 87.
[2] K. Miuchi et. al. Phys. Lett. B 686 (2010) 11.
[3] K. Nakamura et. al. JINST. 7 (2011) C02023.

SuperKamiokande における T2K ニュートリノビームの NC
Gamma 事象探索
高エネルギー物理学研究室

黄坤賢

Abstract We observed NC (neutral current) Gamma events arise from the T2K neutrino beam at theSuperKamiokande detector by the GPS signal. Data until July 2011 agree to our simulation, except for thesimulation has more multi-gamma events than real data. Improvements of the simulation of NC Gamma
events are reported here.
© 2014 Department of Physics, Kyoto University

In neutrino neutral current interaction, target nuclear can be excited by kicking nuclei out.
Then de-excite gamma can be generated from the target nuclear, which is called as primary gamma.
While the kick-out nuclei can also excite another nuclear, and produce gamma (secondary).
In SuperKamiokande, NC Gamma events from atmosphere neutrinos are one kind of relevant
background in Supernova relic neutrino research. As anterior data of NC Gamma are little, theuncertainties of cross-section in MC are large now.[1] T2K neutrino beam can be used for precise
measurement of NC gamma cross-section, as the peak energy of neutrino flux is about 600MeV which
is similar with SK atmosphere neutrino.
T2K is long-baseline neutrino oscillation experiment, which produce 8 bunches neutrino beamin 2.47 sec cycle from J-PARC, Tokai. Applying GPS timing cuts and other reductions, 43 eventsare left as NC Gamma candidates in T2K run1~3 data. While in simulation, neutrino fluxes are
predicted by T2K beam group. SK simulation software generated neutrino interaction and raw SK
simulation files. After reduction as real data, final simulation results are shows as Fig.1.[2]For Compton scattering electrons, the mean value of their Cherenkov opening angle is about 42
degree. MC and data also shows that there is a peak of 42 degree coming from scattering electrons.
But near 90 degree of Cherenkov angle, more events are appealing in MC simulation than real data.
Events which Cherenkov angles are near 90 degree
are considered as multi-gamma. In simulation, weknow that these events are mainly secondary gamma.
This result shows that the simulator for kick-out
nuclei is not consistent with real physics
process.
To find some improvements of simulation, wecategorize every Cherenkov angle plots of MC anddata into several types. And 2.2MeV gamma events
after NC interaction are also used to get neutron
multiplicity of NC gamma reaction. In this talk,above hints of simulation improvement will be
discussed.
References
Fig. 1. Cherenkov angle distribution of T2K run1~3[1] Supernova Relic Neutrino Search at
NC Gamma events. Histogram shows that simulation
Super-Kamiokande, K.Bays, T. Iida, The
results, and dots are data observed in SK detector.
SuperKamiokande Collaboration, Phys. Rev. D 85,
052007 (2012)[2]Koh Ueno, “Study of neutron-current de-excitation
gamma rays with T2K neutrino beam”, Ph.D thesis (Feb, 2012).

連星中性子星合体からの電磁波の研究
天体核研究室仏坂健太

Abstract Electromagnetic counterparts to gravitational-wave signals will play an important role toachieve gravitational-wave astronomy in near future. I study expected electromagnetic signals based on
numerical relativity simulations. I find the recent discovery of a kilonova candidate associated with GRB
130603B is largely consistent with compact binary merger scenario.
© 2014 Department of Physics, Kyoto University

連星中性子星の合体は、地上重力波干渉計のメインターゲットとして研究されてきた。２〜４年後に稼働が予定されている重力波干渉計では、合体からの重力波を年に数回検出できると予想されて[1]、重力波天文学がまさに始まろうとしている。このような背景の下、最近、連星中性子星合体にともなって放射される電磁波が注目を集めている。本発表では、この電磁波に関する研究について紹介する。
重力波に付随する電磁波が注目される理由として、以下のことが挙げられる。(i) 重力波天体からの電磁波の同時観測に成功すれば、天体が所属する銀河を特定できて、波源までの距離などを知ることができる。(ii) 検出閾値付近の重力波イベントの発見の手助けになるかもしれない。(iii) 重力波・電磁波から得られた情報を組み合わせて高エネルギー天体現象の解明に迫れる。本発表では、数値相対論による連星中性子星合体シミュレーションに基づいて、どのような電磁波が放射される期待されるかを紹介する。その中でも、特にキロノヴァと呼ばれる中性子星合体時に放出される物質の放射性崩壊によって輝く現象について詳しく述べる。この現象は、理論的に予想されているもので、確かな発見はまだされていない。最近の輻射輸送計算、核反応計算、数値相対論によって[2-6]、キロノヴァは新星の百から千倍ほどの明るさで、一週間ほど赤から赤外の波長域で光ることがわかった。重力波天体観測と組んで、このような増光を観測するためには、視野の広い 4m 以上の望遠鏡が必要であると予想できる。
昨年起こったショートガンマ線バースト GRB 130603B 後に赤外線で増光が観測された[7]。この増光現象は理論的に予想されていたキロノヴァの増光にとても良く似ており、連星中性子星の合体もしくはブラックホール・中性子星連星の合体で無矛盾に説明できることを示す。また、キロノヴァの明るさは、中性子星の状態方程式と連星の質量によって大きく異なることがわかっており、今回の観測結果は、‘やわらかい’状態方程式ならば連星中性子星を、‘硬い’状態方程式ならばブラックホール・中性子星連星を示唆する[8]。将来、重力波観測で連星質量を測定し、天体の区別ができれば、キロノヴァの明るさから状態方程式に対して示唆を与えることができるかもしれない。

References[1] J. Avadie et al., Classical and Quantum Gravity, 27, 173001 (2010)[2] B. D. Metzger et al., MNRAS, 406, 2650 (2010)[3] D. Kasen, N. R. Badnell, and J. Barnes, ApJ, 774, 25 (2013)[4] M. Tanaka and K. Hotokezaka, ApJ, 775, 113 (2013)[5] K. Hotokezaka et al., Phys. Rev. D 87, 024001 (2013)[6] A. Bauswein, S. Goriely, and H. -T. Janka, ApJ, 773, 78 (2013)[7] N. R. Tanvir et al., Nature, 500, 547 (2013)[8] K. Hotokezaka et al, ApJL, 778, L16 (2013)

フェムト秒レーザーと金属表面の相互作用におけるレーザーナノアブレーションに関する研究
レーザー物質科学分科宮坂 泰弘

Abstract The mechanism of nano-ablation for metal irradiated by femtosecond laser pulses is studied. We
have observed the energy spectrum of emitted ions in extremely low laser fluence irradiation, and propose
a non-thermal mechanism to explain the spectrum. We found a remarkable dependence of ablation rate on
incident angle for s-polarization.
© 2014 Department of Physics, Kyoto University

レーザー照射により被照射部及びその周辺が剥離、飛散することをレーザーアブレーションという。
パルス幅が金属の熱緩和時間(>ps)よりも短いことから、フェムト秒レーザーは周囲への熱影響の小さい
レーザープロセッシングを実現している。また、(a)金属表面への波長以下の周期構造自己形成[1]や、(b)アブレーション閾値近傍フルーエンスにおいて、被照射部内に原子が局所的に剥ぎ取られる箇所が点在するようなアブレーションが生じる[2]ことから、付加価値の高い加工を可能にするツールとして注目されている。これらの現象はフェムト秒レーザーの高強度光による非熱的過程が寄与していると考えられるが、その詳細は明らかになっていない。本研究ではこれらの現象についてその物理機構の詳細を議論するため２つの実験に取組んだ。(a’)自己形成周期構造はレーザー入射角度と偏光に対して依存することが報告され、アブレーション率の関係が最近示唆されたことから、アブレーション率の入射角度と偏光依存性を測定した。(b’) アブレーション閾値近傍ではアブレーション率が極めて小さく直接観察による測定は困難であるため、飛散イオンを計測・分析することで、フェムト秒レーザーアブレーションの物理を考察した。ここでは(b’)について詳細を記述する。
鏡面研磨を施した銅板に、中心波長 800 nm、パルス幅 170fs の P 偏光レーザーパルスを入射角度 70°
にてアブレーション閾値近傍のフルーエンス(80 mJ/cm2)で繰り返し照射し、放出イオンを測定すること
で次の知見を得た。(1) アブレーションにより飛散するイオンの主成分は一価の銅(Cu+)である。(2)Time-of-flight (TOF)法により得られた銅イオンエネルギー分布から 50eV 以上と極めて高いエネルギーのイオンが存在する。(3)ターゲット表面上には粒径が対数正規分布する銅ナノ粒子が存在していることを電界放出型電子顕微鏡で確認した。ナノ粒子表面がクーロン爆発をしていると仮定することで、銅イオンのエネルギー分布を2

2  


L
3

m
/(
2
ne
)
C
1  
0
 
f CEN t   3 exp 
ln
2  

 
t
2w 
tr
i
c

 
 

と記述し、実験結果の再現に成功した[3]。ここで t は飛行時間、C は比例定数、rc は対数正規分布の中心粒径、w は対数の標準偏差、0 は真空の誘電率、m は原子の質量、n は原子の個数密度、i はイオン
化率、LはTOF長さを示す。これらの結果から、表面状態がイオン放出に大きく影響すると考え、高フルーエンスフェムト秒レーザー照射により銅板表面に微細構造を修飾し、鏡面研磨銅板の場合と同様のレーザー条件で照射を行い、さらに次の事が明らかになった。(4)表面修飾により飛散イオンのエネルギ
ーは増大し、 TOF波形のピークが180eV以上のエネルギーを示す。(5) 照射回数が増えるにつれて、表面修飾銅板から飛散するイオンのピークエネルギーは減少し、鏡面研磨銅板から飛散するイオンのピー
クエネルギーに漸近する。以上より、アブレーション閾値近傍においては、金属表面上の微細構造からイオン放出が生じており、極めて低いアブレーション率に寄与している可能性があることが示された[3]。
References[1] M. Hashida et al., Appl. Phys. Lett. 7, 194-197 (2012).
[2] M. Hashida et al., Appl. Surf. Sci. 197-198, 862-867 (2002).
[3] Y. Miyasaka et al., Phys. Rev. B 86, 075431 (2012).

A Self-consistent Model of the Black Hole Evaporation
Theoretical Particle Physics Group
Yuki Yokokura
Abstract We construct a self-consistent model which describes a black hole from formation toevaporation including back reaction from the Hawking radiation, under some approximations. The blackhole can evaporate without horizon or singularity. In this model we investigate the entropy andinformation problem.
© 2014 Department of Physics, Kyoto University

In the semi-classical approximation we construct a self-consistent model which describes a black hole fromformation to evaporation including the back reaction from the Hawking radiation, under the conditions: (a) using
the eikonal approximation, (b) considering only s-wave of the matter, and (c) assuming massless scalar fields with
N degrees of freedom (N>>1). We first build a covariant flux formula which evaluates energy flux from particle
creation in the dynamical geometry, and set up a system of equations which determines time evolution of thegeometry, collapsing matter, and radiation in a self-consistent manner. We obtain an asymptotic solution for theinside of the hole, and show that the black hole can evaporate without horizon or singularity. It has an onion-likeinternal structure, and each layer emits the radiation following the Planck distribution with the Hawking
temperature. Then, a new definition of the Hawking temperature appears, in which the temperature of the hole isdefined as a response to the energy change. This dynamical definition adds to the entropy area law a logarithmiccorrection term which depends on details of the matter fields. We reproduce the area law except for the numericalcoefficient, by counting microstates of the matter fields in the stationary interior geometry. Finally, we introduce
interaction between the matter and radiation to show that the initial information of the collapsing matter comesback immediately, and propose a conjectured scenario for the remaining problem of recovery of the quantum
vacuum state.
References[1] Hikaru Kawai, Yoshinori Matsuo, and Yuki Yokokura, International Journal of Modern Physics A, Volume 28,
1350050 (2013)

Weyl-Cartan 重力 gauge 理論に基づく inflation 宇宙
天体核研究室渡辺晶明

Abstract An inflationary model in the gravity whose gauge symmetry is enlarged to include dilations can
explain well the characteristics of the primordial fluctuations observed in the Cosmic Microwave
Background radiation and predicts peculiar signatures in the smaller scale fundamentally observable bygravitational wave interferometers and Hydrogen line radio telescopes etc.
© 2014 Department of Physics, Kyoto University

gauge 原理の観点から重力に対する理解を深めることを目的とし、その最も単純な拡張として、対称群を Poincare 群から更に dilation 対称性を付加した Weyl 群へと高めた理論、Weyl-Cartan 重力 gauge
理論[1]をとりあげる。本理論の現実の事象への応用としては、単一 scalar dilaton の場の値による自発的 dilation 対称性の破れの模型[2]が提案されたが、破れの結果としては標準模型粒子とは結合しない、非常に重い massive vector field の出現が予言されるのみで、実験・観測上の意義に乏しいものであった。
そこで本研究[3]においては、この模型を inflation 宇宙論に適用することにより、本重力理論を現代の精密観測の俎上に載せることを企図する。具体的には、次の Lagrangian で与えられる、単一ではな
く２つの dilaton scalar 場が存在する模型について考察する。

L 2 R[ Aij , hk ]2

1
 2 R 1
 4 f 2  DD   DD    
F F  [ A ].
2
2
2
4
4

ここでα,β,f,λは正の無次元任意定数、D  (   A ) は共変微分であって、各項は独立に dilation
共変である。
本模型は 1 つの非物理的な gauge 自由度の他に１つの物理的な scalar 自由度(inflaton)を有するため、(α<<1)であれば inflation を引き起こすことが出来るが、これにより生成される原始ゆらぎには次のような特徴が存在することが分かった。
①inflation初期に生成される、大scaleの揺らぎについて、微小なtensor/scalar比(重力波/密度揺らぎの比)と、αによって定まる負の有限のscalar
spectral tiltを示すが、これは現在までの宇宙マイクロ波背景輻射観測の結果によく一致する。(図1)②またその一方で小scaleでは、βのみで与えられる特定のspectraで良く記述できる。これらの大小
scale間の特徴的な遷移が本模型のsmoking gunであるが、これは重力波干渉計や中性水素線電波望遠鏡などを用いたより小scaleの観測による検出が期待される。
References[1] J.M.Charap and W.Tait, Royal Society of London
Proceedings Series A 340, 249 (sep 1974)[2] H.T.Nieh, Physics Letters A 88, 388 (apr 1982)[3] Masa-aki Watanabe and Jiro Soda, in prep.

Fig. 1. Trajectories of inflations in (scalar tilt) vs.
(tensor-to-scalar ratio). α=0.004 and β=10-1
to 10-5 (left to right). The observationallyfavored region is indicated by a gray oval. We
see that they fit it better than the conventional
φ2 inflation model (dotted line).